JP2003338550A - 半導体基準電圧発生回路 - Google Patents
半導体基準電圧発生回路Info
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Abstract
え、面積が小さくしかも時分割で発生する複数電圧間の
相対的なバラツキが小さい半導体基準電圧発生回路を提
供する。 【解決手段】差動増幅器11と、この差動増幅器11か
らの出力を反転出力する出力ドライバ12と、この出力
ドライバ12の負荷となり抵抗分割して第1、第2の帰
還電圧を取り出す帰還抵抗部13とを含む半導体基準電
圧発生回路において、差動増幅器11が、差動入力部を
複数設け、それと接地または電源電圧となる制御信号に
より制御されるスイッチ回路N11,N12により、基
準となる電圧の差動入力信号が切り換えられることを特
徴とする。
Description
生回路に関し、特に低電圧対応を容易にした半導体基準
電圧発生回路に関する。
にフラッシュマクロのワード線に代表される様な、複数
の電圧を時分割で供給する必要があるシステムのために
用いられている。この半導体基準電圧発生回路は、一般
に、極力面積の小さい回路で、かつ発生する複数電圧間
の相対的なバラツキを抑えることが要求されている。こ
の要請に応えるために、例えば、特開平4−15949
に開示されているように差動入力信号を切換回路によっ
て切り換えるとが提案されている。
回路図に示されている。この半導体基準電圧発生回路
は、差動増幅器11dと、出力ドライバ12と、帰還抵
抗部13と、スイッチとして機能させる為の昇圧電源発
生回路14と、レベルシフタ回路15、16とから構成
される。差動増幅器11dは、差動入力部のトランジス
タN11及びN12のドレインを、カレントソース接続
した負荷トランジスタP11,P12にそれぞれ接続
し、これらトランジスタN11のゲートにスイッチとな
るトランジスタN31とN32とを設け、トランジスタ
N12のゲートにスイッチとなるトランジスタN33と
N34を設けたものである。なお、トランジスタN11
等のNはNチャネル、トランジスタP11等のPはPチ
ャネルを示している。
P13からなり、差動増幅器11dの出力電圧に対し負
の依存を持つ出力電圧を出力し、その出力は、抵抗R1
1〜R13からなる帰還抵抗部13により帰還信号FB
11,FB12に分圧されて差動増幅器11dに帰還さ
れる。この回路は、差動増幅器11dの差動入力信号V
R11、VR12および帰還信号FB11、FB12を
トランジスタN31〜N34によって構成されたスイッ
チによって切り換えるという構成である。
タN31〜N34の導通、非導通を適宜制御することに
よって差動増幅器の差動入力信号を切り換えるという動
作となる。このスイッチとして設けたトランジスタN3
1〜N34のソース電圧は差動増幅器の入力レベルとな
る。
力レベルと電源電圧及び接地電圧との差が小さくなると
スイッチとして設けたトランジスタN31〜N34のゲ
ート、ソース間電圧が十分確保出来なくなり、スイッチ
として機能させる為には昇圧電源発生回路14、及び、
レベルシフタ回路15、16が必要となる。
路によると、低電圧化に伴い差動増幅器の入力レベルと
電源電圧、及び、接地電圧との差が小さくなり、昇圧電
源発生回路14、及び、レベルシフタ回路15、16な
ど余計な回路が必要となり、回路面積が増加するとうる
という欠点がある。さらには、スイッチとして設けたト
ランジスタN31〜N34のゲート容量により、スイッ
チの制御信号L11、L12の遷移に伴うカップリング
ノイズが発生し、動作速度を悪化させるという問題もあ
る。
しノイズの発生を押さえた面積が小さくしかも時分割で
発生する複数電圧間の相対的なバラツキが小さい半導体
基準電圧発生回路を提供することにある。
圧発生回路における差動増幅器の部分に、複数の差動入
力部のペアトランジスタのドレインを共通接続にし、こ
れら各トランジスタのソースと接地間にスイッチとなる
トランジスタを設けたことを特徴とする。
増幅器からの出力をソースフォロアで出力する出力ドラ
イバと、この出力ドライバの負荷となり抵抗分割して第
1、第2の帰還電圧を取り出す帰還抵抗部とを含む半導
体基準電圧発生回路において、前記差動増幅器が、差動
入力部を複数設け、この差動入力部と接地または電源電
圧となる制御信号により制御されるスイッチ回路によ
り、基準となる電圧の差動入力信号が切り換えられるこ
とを特徴とする。
還電圧と第1の基準電圧を差動入力し一対の差動の負荷
を有する第1、第2のトランジスタと、これらトランジ
スタの共通接続点に接続され接地または電源電圧により
制御されるスイッチ用の第3トランジスタとからなり、
第2の帰還電圧と第2の基準電圧とを差動入力し前記差
動の負荷に接続された第4、第5のトランジスタと、こ
れらトランジスタの共通接続点に接続され接地または電
源電圧により制御されるスイッチ用の第6のトランジス
タとからなることができ、また、差動入力部が、第1の
帰還電圧と第1の基準電圧をそれぞれ入力し一対の差動
の負荷を有する第1、第2のトランジスタと、前記第1
のトランジスタに接続され接地または電源電圧により制
御されるスイッチ用の第3トランジスタと、前記第1の
トランジスタ側の負荷に共通接続され第2の帰還電圧を
入力する第4のトランジスタと、この第4のトランジス
タに接続され接地または電源電圧により制御されるスイ
ッチ用の第6のトランジスタとからなることができ、さ
らに、差動入力部が、第1の帰還電圧と第1の基準電圧
を差動入力し一対の差動の負荷を有する第1、第2のト
ランジスタと、これら第1、第2のトランジスタにそれ
ぞれ接続され接地または電源電圧により制御されるスイ
ッチ用の第3、第7のトランジスタとからなり、第2の
帰還電圧と第2の基準電圧とを差動入力し前記差動の負
荷に接続された第4、第5のトランジスタと、これら第
4、第5のトランジスタにそれぞれ接続され接地または
電源電圧により制御されるスイッチ用の第6、第8のト
ランジスタとからなることができる。
を入力する第2、第4のトランジスタ側の負荷を制御す
る第9のトランジスタを有することができ、また、第1
乃至第8のトランジスタがNチャネルであり、第9のト
ランジスタがPチャネルであるか、または第1乃至第8
のトランジスタがPチャネルであり、第9のトランジス
タがNチャネルであることができる。
体基準電圧発生回路の回路図である。この半導体基準電
圧発生回路は、差動増幅器11と、出力ドライバ12
と、帰還抵抗部13とからなり、差動増幅器11が、複
数の差動入力部のトランジスタN11とN14、及び、
N12とN15のドレインをそれぞれ共通接続にし、こ
れら各トランジスタのソースと接地間にスイッチとなる
トランジスタN13とN16を設けたものである。
となるトランジスタN13とN16を排他的に導通状態
にする事により、差動増幅器11の差動入力信号を切り
換えるという動作を実行する。このとき制御信号S1
1、S12を電源電圧で駆動したとしても、スイッチと
なるトランジスタN13とN16のゲート、ソース間電
圧は電源電圧、若しくは0Vとなるため、導通状態と非
導通状態を容易に切り換えることができる。従って、低
電圧対応を容易にした面積の小さい半導体基準電圧発生
回路を実現できるという効果が得られる。
出力は、出力ドライバ12に供給され、出力ドライバ1
2は差動増幅器11の出力電圧に対し負の依存を持つ出
力電圧を出力する。その出力は、帰還抵抗部13を介し
て、差動増幅器11に帰還される。
電位があると、差動増幅器11はそれに応じた出力を出
力ドライバ12に供給する。ここで前述のように出力ド
ライバ12は、差動増幅器11の出力電圧に対し負の依
存を持つ出力電圧を出力するため、設定電圧VR11よ
り帰還電圧FB11の電圧が高ければ、出力電圧VOの
電圧を低くするように作用し、出力電圧VOを抵抗分圧
して得られる帰還電圧FB11の電圧も低くなり、その
結果設定電圧VR11と帰還電圧FB11との差電位は
減少する。
圧FB11の電圧が低ければ、出力電圧VOの電圧を高
くするように作用し、出力電圧VOを抵抗分圧して得ら
れる帰還電圧FB11の電圧も高くなり、その結果設定
電圧VR11と帰還電圧FB11との差電位は同じく減
少する。従って、最終的には、設定電圧VR11と帰還
電圧FB11とは一般にバーチャルショートと呼ばれる
同電位で安定する。
トランジスタN13とN16は、それぞれドレインを共
通接続して、差動増幅器11の複数の差動入力部のトラ
ンジスタN11とN14、及び、トランジスタN12と
N15のいずれかを選択するスイッチとして機能する。
御信号S12が0Vの時はトランジスタN13は導通状
態でトランジスタN16は非導通状態となり、差動増幅
器11の差動入力としては基準電圧供給信号VR11と
帰還信号FB11が選択される。同様に制御信号S11
が0V、S12が電源電圧の時はトランジスタN13は
非導通状態でトランジスタN16は導通状態となり、差
動増幅器の差動入力としては基準電圧供給信号VR12
と帰還信号FB12が選択される。
イミング図を用いて説明する。まず、制御信号S11が
電源電圧、制御信号S12が0Vの時の動作について説
明すると、トランジスタN13は導通状態でトランジス
タN16は非導通状態となっているため、差動増幅器1
1の差動入力としては基準電圧供給信号VR11と帰還
信号FB11が選択される。
で安定するため、出力電圧VO11の電圧も安定し、こ
こで得られる出力VOの電圧は、次の(A)式で表され
る。
S12が電源電圧の時は、トランジスタN13は非導通
状態でトランジスタN16は導通状態となり、差動増幅
器の差動入力としては基準電圧供給信号VR12と帰還
信号FB12が選択され、最終的に得られるVOの電圧
は、次の(B)式 VO=(R11+R12+R13)/R13×VR11 ………(B) で表される。
に、制御信号S11、S12を制御することにより、出
力VOに得られる出力電圧を、(R11+R12+R1
3)/R13×VR11、又は、(R11+R12+R
13)/(R12+R13)×VR12へ切り換えるこ
とが可能である。
差動入力として、2組の入力を切り換えることとした
が、差動増幅器の差動入力トランジスタ、および、スイ
ッチとなるトランジスタを追加して3組以上の入力を切
り換えることとしてもよい。また、トランジスタN1
1、N12とスイッチとして設けたトランジスタN13
との間、および、トランジスタN14、N15とスイッ
チとして設けたトランジスタN16との間に、同相除去
比改善のための定電流源となるトランジスタを挿入して
もよい。
御することにより、出力VOに得られる出力電圧を切り
換えることが可能であるが、制御信号S11、S12で
制御するスイッチとして機能するトランジスタN13、
N16のソース電圧は接地、すなわち0Vとなってい
る。従って、制御信号S11、S12には通常の論理ゲ
ートの出力電圧である電源電圧を供給しても、トランジ
スタN13、N16のゲート、ソース間電圧は電源電圧
と同電位となりトランジスタを導通状態とするのに十分
な電圧を確保することができ、電源電圧を下げたときに
も、トランジスタN13、N16の導通、非導通を容易
に制御できる。
動入力信号であるVR11、FB11、VR12、FB
12にスイッチとなるトランジスタが挿入されていない
ため、制御信号の遷移に伴うトランジスタのゲート容量
を介したカップリングノイズが発生することがない。
の基本的構成は図1の通りであるが、回路面積の縮小に
ついてさらに工夫した回路図である。図3において、差
動増幅器11aの出力電圧の設定は、基準電圧の切り換
えは行わず、トランジスタN17からの1個の基準電圧
VR13を用いており、負荷トランジスタP12に接続
され、従って、トランジスタN11,N14の各ソース
に、制御信号S11、S12で制御されるスイッチ用ト
ランジスタN13a、N16aのドレインが接続され
て、帰還抵抗の抵抗分圧比の変更のみが切り換えられ
る。
は、図4のようになる。即ち、差動増幅器11aの一方
の差動入力としては基準電圧供給信号VR13が常に有
効であり、制御信号S11が電源電圧、制御信号S12
が0Vの時は、トランジスタN13aは導通状態でトラ
ンジスタN16aは非導通状態となっているため、差動
増幅器11aの他方の差動入力としては帰還信号FB1
1が選択される。従って、得られる出力VOの電圧は、
次の(C)式 VO=(R11+R12+R13)/(R12+R13)×VR13…(C) で表わされる。
電源電圧の時は、トランジスタN13aは非導通状態で
トランジスタN16aは導通状態となり、差動増幅器の
他方の差動入力としては帰還信号FB12が選択され、
最終的に得られるVOの電圧は、次の(D)式 VO=(R11+R12+R13)/R13×VR13 ………(D) で表わされる。
1つで帰還抵抗の分圧比の変更のみで複数出力電圧を発
生可能な場合、本実施形態では、さらに少ない素子数で
構成できるという効果が得られる。
ある。図1,図3の実施形態では、スイッチとなるトラ
ンジスタを排他的に導通状態とする事を想定している
が、本実施形態のように、すべてを非導通状態にしてリ
セット状態を作り出すこともできる。又、スイッチとし
て機能するトランジスタを、差動入力の双方個別に備え
ることにより、発生する出力電圧の切り換え数を増加さ
せることもできる。
ット用のトランジスタとして、制御信号S13をゲート
入力とするP14を備えており、又、差動増幅器の差動
入力トランジスタ毎にスイッチとして機能するように、
トランジスタN11,N12に対してそれぞれトランジ
スタN13a、N18を、トランジスタN14,N15
に対してそれぞれトランジスタN16a、N19を備え
ている。
図は、図6のようになる。即ち、制御信号S11、S1
1a、S12、S12aがすべて0Vの状態において、
制御信号S13を0Vとすることにより、差動増幅器1
1bの出力ZOは電源電圧となり、出力バッファ12を
構成するトランジスタP13は非導通状態となり、出力
信号VOは帰還抵抗部13により0Vにリセットされ
る。このとき、この半導体基準電圧発生回路は、トラン
ジスタのサブスレッショルド電流等のリーク電流を除い
て、電流を消費しない。
いて、制御信号S11とS11aが電源電圧、S12と
S12aが0Vの時は、トランジスタN13aとN18
は導通状態で、トランジスタN16aとN19は非導通
状態となっているため、差動増幅器11bの差動入力と
しては基準電圧供給信号VR11と帰還信号FB11が
選択される。従って、得られる出力VOの電圧は、次の
(E)式 VO=(R11+R12+R13)/R13×VR11……(E) で表わされる。
電圧、S11aとS12が0Vの時は、トランジスタN
13aとN19は導通状態でトランジスタN18とN1
6aは非導通状態となっているため、差動増幅器11b
の差動入力としては基準電圧供給信号VR12と帰還信
号FB11が選択される。従って、得られる出力VOの
電圧は、次の(F)式 VO=(R11+R12+R13)/R13×VR12……(F) で表わされる。
電圧、S11とS12aが0Vの時は、トランジスタN
18とN16aは導通状態でトランジスタN13aとN
19は非導通状態となっているため、差動増幅器11b
の差動入力としては基準電圧供給信号VR11と帰還信
号FB12が選択される。従って、得られる出力VOの
電圧は、次の(G)式 VO=(R11+R12+R13)/(R12+R13)×VR11…(G) で表わされる。
電圧、S11とS12が0Vの時は、トランジスタN1
6aとN19は導通状態でトランジスタN13aとN1
8は非導通状態となっているため、差動増幅器11bの
差動入力としては基準電圧供給信号VR12と帰還信号
FB12が選択される。従って、得られる出力VOの電
圧は、次の(H)式 VO=(R11+R12+R13)/(R12+R13)×VR12…(H) で表わされる。
11、S12、S11a、S12aを制御することによ
り、出力VOに得られる出力電圧を切り換えることが可
能である。
回路図、図8はその動作を説明するタイミング図であ
る。上述した各実施形態では、差動増幅器の差動入力を
Nチャネルトランジスタとしたが、差動入力をPチャネ
ルトランジスタとして、同様の回路を構成したものであ
る。すなわち、差動増幅器11cの差動入力をPチャネ
ルトランジスタとし、それに伴いスイッチとなるトラン
ジスタもPチャネルトランジスタとしている。又、出力
ドライバ12aをNチャネルトランジスタN23とし、
帰還抵抗部13aも電源に接続されている。
図は図8のようになる。即ち、差動増幅器11cの制御
信号S71が0V、制御信号S72が電源電圧の時の動
作について説明すると、トランジスタP23は導通状態
でP26は非導通状態となっているため、差動増幅器1
1cの差動入力としては基準電圧供給信号VR71と帰
還信号FB71が選択される。
還信号FB71との間に差電位があると、差動増幅器1
1cはそれに応じた出力を出力ドライバ12aに供給す
る。出力ドライバ12aは差動増幅器11cの出力電圧
に対し負の依存を持つ出力電圧を出力するため、基準電
圧供給信号VR71の電圧より帰還信号FB71の電圧
が高ければ、出力VOの電圧を低くするように作用し、
出力VOを抵抗分圧して得られるFB71の電圧も低く
なり、その結果VR71とFB71との差電位は減少す
る。又、VR71の電圧よりFB71の電圧が低くけれ
ば、出力VOの電圧を高くするように作用し、出力VO
を抵抗分圧して得られるFB71の電圧も高くなり、そ
の結果VR71とFB71との差電位は同じく減少す
る。
とは一般にバーチャルショートと呼ばれる同電位で安定
する。従って、出力VOの電圧も安定し、ここで得られ
る出力VOの電圧は、次の(I)式 VO=(R11+R12+R13)/(R12+R13)×VR72−R11 /(R12+R13)×電源電圧 ………(I) で表わされる。
2が0Vの時は、トランジスタP23は非導通状態でP
26は導通状態となり、差動増幅器11cの差動入力と
しては基準電圧供給信号VR72と帰還信号FB72が
選択され、最終的に得られるVOの電圧は、次の(J)
式 VO=(R11+R12+R13)/R13×VR71−(R11+R12) /R13×電源電圧 ………(J) で表わされる。上記から明らかなように、制御信号S7
1、S72を制御することにより、出力VOに得られる
出力電圧を切り換えることが可能である。
フタ回路は同業者には良く知られており、本発明とは直
接関係しないのでその説明は省略する。
制御することにより、出力VOに得られる出力電圧を切
り換えることが可能であるが、制御信号S11、S12
で制御するスイッチとして機能するトランジスタN1
3、N16のソース電圧は接地、すなわち0Vとなって
いる。
の論理ゲートの出力電圧である電源電圧を供給しても、
トランジスタN13、N16のゲート、ソース間電圧は
電源電圧と同電位となりトランジスタを導通状態とする
のに十分な電圧を確保することができ、電源電圧を下げ
たときにも、トランジスタN13、N16の導通、非導
通を容易に制御できるという効果がある。
動入力信号であるVR11、FB11、VR12、FB
12にスイッチとなるトランジスタが挿入されていない
ため、制御信号の遷移に伴うトランジスタのゲート容量
を介したカップリングノイズが発生しないという効果も
ある。
電圧発生回路の回路図。
路図。
Claims (6)
- 【請求項1】 差動増幅器と、この差動増幅器からの出
力を反転出力する出力ドライバと、この出力ドライバの
負荷となり抵抗分割して第1、第2の帰還電圧を取り出
す帰還抵抗部とを含む半導体基準電圧発生回路におい
て、前記差動増幅器が、差動入力部を複数設け、制御信
号により制御されるスイッチ回路により、基準となる電
圧の差動入力信号が切り換えられることを特徴とする半
導体基準電圧発生回路。 - 【請求項2】 差動入力部が、第1の帰還電圧と第1の
基準電圧を差動入力し一対の差動の負荷を有する第1、
第2のトランジスタと、これらトランジスタの共通接続
点に接続され接地または電源電圧により制御されるスイ
ッチ用の第3トランジスタとからなり、第2の帰還電圧
と第2の基準電圧とを差動入力し前記差動の負荷に接続
された第4、第5のトランジスタと、これらトランジス
タの共通接続点に接続され接地または電源電圧により制
御されるスイッチ用の第6のトランジスタとからなる請
求項1記載の半導体基準電圧発生回路。 - 【請求項3】 差動入力部が、第1の帰還電圧と第1の
基準電圧をそれぞれ入力し一対の差動の負荷を有する第
1、第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタに
接続され接地または電源電圧により制御されるスイッチ
用の第3トランジスタと、前記第1のトランジスタ側の
負荷に共通接続され第2の帰還電圧を入力する第4のト
ランジスタと、この第4のトランジスタに接続され接地
または電源電圧により制御されるスイッチ用の第6のト
ランジスタとからなる請求項1記載の半導体基準電圧発
生回路。 - 【請求項4】 差動入力部が、第1の帰還電圧と第1の
基準電圧を差動入力し一対の差動の負荷を有する第1、
第2のトランジスタと、これら第1、第2のトランジス
タにそれぞれ接続され接地または電源電圧により制御さ
れるスイッチ用の第3、第7のトランジスタとからな
り、第2の帰還電圧と第2の基準電圧とを差動入力し前
記差動の負荷に接続された第4、第5のトランジスタ
と、これら第4、第5のトランジスタにそれぞれ接続さ
れ接地または電源電圧により制御されるスイッチ用の第
6、第8のトランジスタとからなる請求項1記載の半導
体基準電圧発生回路。 - 【請求項5】 第2の制御信号により、基準電圧を入力
する第2、第4のトランジスタ側の負荷を制御する第9
のトランジスタを有するようにした請求項4記載の半導
体基準電圧発生回路。 - 【請求項6】 第1乃至第8のトランジスタがNチャネ
ルであり、第9のトランジスタがPチャネルであるか、
または第1乃至第8のトランジスタがPチャネルであ
り、第9のトランジスタがNチャネルである請求項2,
3,4または5記載の半導体基準電圧発生回路。
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